Mater. Horiz. 封面论文：金属玻璃作“金属胶水”进行材料性能调控的新策略

研究背景

材料对人类的生活有着十分重大的影响，以至于人类的历史时期都是以材料命名的，如石器时代、青铜时代、铁器时代、硅时代。材料领域广阔多样，性能各异。随着人们对材料性能要求的提升，材料的产量、性能需求也在不断的增长，这也导致了开发新工艺、新材料的压力越来越大。在历史记载的大部分历史时期里，对材料的控制都是通过炼金术或经验方法来开发具有理想性能的材料，这很大程度的限制了材料的发展。相比较于之前制备材料的工艺，目前制造具有可定制特性的复合材料的一种有效策略是将两种或两种以上的材料组合起来，以获得优于其中每种组分的性能。这种制备材料的方式或许有着广阔的未来。

制备复合材料时需要考虑到几个重要的问题，包括不同材料的结合能力、工艺成本以及设计灵活性。基于上述考虑，热固性或热塑性聚合物材料与增强纤维之间相互粘接是生产复合材料的常用策略。然而，具有优良力学性能的金属由于缺乏粘结性而很少用作复合材料的粘结剂。

图文解读

最近，来自深圳大学的研究人员提出了一种以金属玻璃Metallic Glasses（MGs）为基体粘接剂合成制备复合材料的工艺。得益于金属玻璃在过冷液相区所具有的独特热塑成型能力，从导体到绝缘体，从金属到非金属，各种材料都可以以一种非常简单的方式被金属玻璃牢固而紧密地粘接在一起（图1）。

图1. 金属胶水用于粘接各种材料（高熵合金、陶瓷、铁基金属玻璃、玻璃、水泥、沙子、合金、氯化钠）

基于这种简便制备复合材料的方式，研究人员成功地制备了可调控力学、磁学、电学性能的复合材料。通过改变金属胶水和添加物的比例，力学、磁学、电学这些性能呈现出有规律的变化（图2）。

图2. 在不同的质量配比下，利用金属胶水粘接高熵合金后调控材料的力学性能、磁学及电学性调控。

此外，研究人员还利用MG胶水粘接了可溶于水的添加物，将得到的复合物放置在水中溶解后可以获得多孔结构。基于这种原理，通过调整添加物的粒径大小，可以获得不同孔径大小的多孔结构（图3）。

图3 利用金属胶水粘接可溶性添加物后，将可溶性物质溶解后可获得多孔结构。

图4 非晶合金与食盐混合物在水中溶解视频

文章总结

该研究成果以”Metallic Glue for Designing Composite Materials with Tailorable Properties“为题以封面论文的形式在线发表于材料科学领域知名学术期刊Materials Horizons。第一作者为硕士研究生傅佳男，通讯作者为马将特聘研究员。该研究得到了广东省基础与应用研究重大项目（2019B030302010）、国家自然科学基金（51871157，51971150）、深圳市科学技术创新委员会（JCYJ201704121111216258）、国家重点研发计划项目（2018YFA0703604）等资助。

论文信息

Metallic Glue for Designing Composite Materials with Tailorable Properties

Jianan Fu, Jian Yang, Kai Wu, Hongji Lin, Wenxin Wen, Wenqing Ruan, Shuai Ren, Zhenxuan Zhang, Xiong Liang, Jiang Ma*. Materials Horizons, 2021, doi.org/10.1039/D1MH00521A

文章链接: https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/MH/D1MH00521A